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杂谈功放的心脏----电源变压器

作 者: ldh 来 自: 202.102.142.32
发布时间: 2003-06-01 17:17:17 返回本版 到视听论坛中讨论
文 章:                                 杂谈功放的心脏
                                          ----电源变压器
                                                                  德华
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   一台好的功放必须有一只好的电源变压器,这已经是业内的共识。但是选用什么样的变
压器才能使功放的声音更符合你的口味,对于不少初级DIY爱好者来说,也许并不是很清
楚。本文简述几种常用电源变器,希望能够对喜欢焊机初入此道的发烧友有所帮助。

  变压器的出现已经有100多年的历史了,六十年代以前,世界上普遍使用的变压器铁芯
结构为E形或C形,截面为矩形,采用插片式或中间切割工艺制造,铁芯的质量和一致性都很
差。变压器的电性能参数难以得到提高。随着科学技术的进步,变压器铁芯的结构经过了几
次大的改进。变压器铁芯材料也由热轧低硅片发展到热轧高硅片、冷轧取向硅片、非晶态合
金片等。电磁性能参数也有了较大的提高。

   在功放中最为常见的电源变压器为EI型、环型,其次为双柱型、R型、C型。
   EI型(见图一)是最为常用和多见的,结构简单.它的优点是加工制作容易绕制方便,成
本低廉,抗饱和性能好。缺点为漏磁大、同功率下的体积重量偏大,转换效率相对较低。
    EI型变压器在音色上的声音走向为厚重浓郁、温暖醇和,音场层次、细节解析力一般。
当采用特殊的分层分段绕制方法后(既所谓的发烧绕制法),在细节和解析力上有显著提
高,而且高频的幼细延伸感也非常出色,有别于其他类型的电源变压器。如果在使用过程中
再针对其缺点增加部分辅助改良措施,例如增加屏蔽罩,采用优质铁芯和无氧铜线,科学合
理的绕制方法等,这一最原始古老的电子器件,仍是非常出色的。许多世界名机例如麦精图
等一直在坚持沿用这一传统的元器件。经典的胆机制作也一直在沿用它。适合听音口味上喜
欢“唯美”的DIY爱好者选用。
   笔者在使用EI型变压器时,喜欢自己绕制。采用敷铜板制作特殊的具有屏蔽作用的骨
架,初级绕组与次级绕组分成上下相互屏蔽、独立的两段绕制。采用这种方法绕制的变压器
具有隔离变压器的功效,而没有另外搭配隔离变压器对声音造成的负面影响。听感上层次、
细节、音场、定位都要明显
好过常规同轴绕制的EI型变压器。感兴趣的爱好者不妨实验一下。由于这种方法磁耦合不如
常规变压器的效率高,因此在较大功率功放上使用时,要注意适当增大铁芯截面积来补偿。
适合于要求输出功率不是很大的功放使用。
   
   环型变压器(图二)是C型变压器之后开发出来的品种,磁路短,效率高,铜损与铁损均
小于EI型变压器,体积和重量小,安装使用方便。缺点为制作费用相对较高,抗直流饱和性
能差。
   环型变压器在音色走向上为清爽亮丽、刚劲,音场层次、细节解析力、速度感优于EI
型。但在中频的厚声温暖感上要逊色于EI型。由于环型变压器具有一些优异的性能特点,因
此被广泛的应用于各种档次的功放之中。但是由于环型变压器的抗直流饱和性能差,极易产
生杂音干扰,因此在一些顶级功放中的应用又受到一定限制,尤其是一些纯A类功放。近年
来由于技术的进步,环型变压器的这一先天缺点已经逐步得到改善,在国外的一些高档功放
上环型变压器的身影又多了起来。

   R型变压器(图三)是九十年代后开发出来的一种性能更为优秀的品种。是由日本北村机
电株式会社社长北村文男发明的。R型变压器具有环型变压器的所有优点:
    1,漏磁极小,仅为EI型变压器的1/10、C型变压器的1/5左右。
    2,损耗小,温升低,相同功率下温升只有EI型变压器的1/2。
    3,频率特性好:R形变压器在中频(400Hz)工作时显示出极小的空载电流和空载损
耗,其数量       级甚至可以达到工作在50Hz时的量值;R形变压器在音频范围内工作时,
显出优于其他任何类形变压器的幅频性好:电压波形失真度<0.2%,频率响应<1dB。R型变
压器的缺点同环型变压器一样,抗直流饱和性能差!其次就是目前的市场价格还比较昂贵,
相同功率下其价格是EI型的一倍,比环型的要贵出1/3多。
    R型变压器声音非常饱满坚实,乐器质感很好,有着比环型变压器更为出色的解析力和
瞬变。低频有着比其他变压器更为清晰的层次表现。但声音偏冷艳,声底淡一些,中频也相
对薄一点。低频的量感相对于同功率的环型变压器来说似乎少一些。下潜深度也有所不及。
   同时R型变压器由于结构上的生理缺陷,抗直流饱和性能也更差。


   以上对各类型变压器的声音评价只是一般情况下的大概走向,但是经过特殊设计和制作
的变压器,其声音特点也是完全可以改变的,国内已经有厂家早就开始了这方面的研究实
验,象山西省机电设计研究院声达电器厂等。
     还有其他几种形式的变压器,例如C型、双柱型等,由于在功放中少有采用,这里就不
叙述了。
   业余制作功放时,经常遇到变压器功率的选取问题,按照常规计算出来的数据是没有问
题的,但实际应用时由于音质校音的需要,往往要比实际的计算值大很多。那么到底选取多
大功率的变压器合适呢?我个人认为如果选用环型变压器的话,最好大于总输出功率的三倍
以上为好,可以放宽到6-10倍。例如KRELL  FPB300功放(图四),每声道输出动态甲类
300W,内部使用了一个五千瓦的环型变压器。如果选用EI型变压器的话,由于不易饱和,以
及声音调校上的原因,相对的可以放宽对功率的要求。R型的可参照环型的功率选取。
   另外在业余制作中选取电源变压器时,经常会有一些吃不准的问题。例如是使用一个
1000W的分出两套独立的绕组分别给左右声道供电好呢,还是使用两只500W的各自独立给自
己的声道供电好呢?毫无疑问,从降低电源内阻上考虑,一只一千瓦的肯定要比两只500瓦
的要低。实践证明在动态、速度、控制力上单只一千瓦的要好些。而两只独立供电的五百瓦
的在音场、定位、寂静感上要比单只一千瓦的好。在采用两只变压器独立供电时,注意一定
要使用两只性能完全相同的,否则效果要大打折扣。在不能保证两只性能完全一致的情况
下,优先采用单只的方案。
   设计施工中尽可能的使用多电源变压器设计。例如主电压放大级、推动级、电流输出级
各自使用一个独立的变压器,要比从单只变压器上增加绕组效果来的好。日本发烧友曾有一
台功放使用12只电源变压器的大作。据说效果出奇的好。多变压器使用时,要注意一定进行
初级绕组的相位矫正;就是逐只调换初级绕组的接线,测量机壳对大地的电位,以电位小的
接法为准。依次调校好所有变压器的初级相位。这是很重要的一步,否则多电源变压器的效
果就打折了。
    
  上述只是一点个人的心得经验,仅供参考。业余制作时完全不必过于拘泥于此。
     
业余条件下电源变压器的粗略测试:

   当你购置到一款心仪的电源变压器后,如何判断他的质量如何呢?业余条件下不可能有
专用测试仪器供使用,因此如何利用手边的万用表来大体判断出变压器的优劣,我想这也是
很多发烧友所关心的吧。
   首先需要准备两块万用表,其中一块要有交流电流10A以上测量功能,能够带有电感
(20H)、电容测量功能更好。 VC-9808数字表几乎都有这些功能。
  1,测空载消耗电流:
    一般厂家都会给出这个参数,由于各厂家的设计制作不同,所以这不是一个绝对值,允
许有一定误差和出入,但不应超过很多,过大过小都不是正常的。过小则属 匝/V 比过大,
这样的变压器内阻偏大,会影响动态等。过大(设计值的一倍以上)一般是铁芯质量不好,
或者匝/V比设计太小,这样的变压器漏磁大、损耗大、温升高。
  2, 测量满负载时的初级电流:
    把交流电流表串接到变压器的初级,把次级主绕组串联起来,并接入额定功率假负载。
大功率假负载可使用一段电炉丝代替。同时把另一块交流电流表也串入次级回路,调节电炉
丝的长度,使电流乘上次级绕组电压,功率接近变压器总功率的80%。这时观察初级绕组电
流表的读数,应在额定标称功率以内.如果超过比较多则说明1,变压器标称功率不够。 2,
铁芯质量太差损耗增加。 3 ,环型或R型变压器出现饱和。这样的变压器容易引起干扰、温
升过高、声音的表现肯定好不到那里。因此最好不要使用。
 3, 测量次级满功率压降:
    保持第二步的接线,取下初级绕组上串联的电表,并转换到电压档,并联到变压器的次
级绕组两端,先短开负载,通电测量次级空载电压并记录,然后接通负载,观察电压表的电
压读数下降了多少。一般的说这个压降当然是越小越好,压降过大时表明变压器内阻过大,
一般是由于铁芯质量差效率低、次级绕组线经太细导致。制作功放时以额定满功率输出时次
级绕组压降不大于2V为宜,否则就要增加变压器的功率。这个压降过大会导致功放在大动态
时缩水,低频控制无力。
  对于音响专用变压器来说,还有两个比较重要的参数:1 绕组电感。 2 初、次级绕组电
容。在其他用途的电器上使用时,可以忽略这两个参数,但在音响器材当中使用时这两个参
数将直接影响到声音的音色和抗干扰性能。绕组电感的大小可以影响到声音的厚薄,解析力
等听感。大一些好还是小一些好,要根据设计的声音走向去考虑。 初、次级之间的电容还
可以直接影响到器材对所使用电源干扰的“免疫性”。由于磁场藕合的缘故,变压器对于几
十、几百HZ的的低频干扰,几乎没有抵抗能力,然而对于几百千HZ以上的高频干扰却有先天
免疫特性。但是由于初、次级绕组之间存在有一个分布电容,所以高频干扰可以通过这个等
效电容互相偶合。因此从这个概念出发,这个电容量当然是越小越好了。有不少DIY高手业
余自行绕制电源变压器时,采用了分层、分段,类似于胆机的输出变压器那样的绕制方法,
其目的就是要降低初、次级绕组之间的分布电感和电容。笔者也曾经绕制过这样结构的电源
变压器,效果的确不错。与常规绕制的同类型电源变压器相比,在细节再生,高频延伸方面
都有明显的改善。 初、刺激绕组之间的电容,可以使用带有电容测量的数字万用表大体测
量。

  由此看来,设计开发一种音响专用的电源变压器是很有意义的。实际上的确也有不少变压
器生产厂家在此类产品上进行了不少研究和开发。 笔者在众多品牌的试用比较过程中,觉
得有两个厂家的“独家秘籍”是值得一提的。这是国内两个对“音响专用变压器”进行了长
期开发研究的厂家,厂长都是
设计师兼资深发烧友。
    一是山西声达电器厂的“线形变压器”(图五);对于“线形变压器”的概念,厂家不
愿意做进一步的解释(技术保密?),现摘录一段厂家的诠释于此:“传统设计的变压器只
对空载损耗、额定功率及温升负责,而实际使用中的电压畸变、干扰的变化、以及对声音变
化倾向的研究等等却无能为力。曾经有人尝试对电压畸变等进行改进,但到目前为止的设计
基本都是以牺牲动态功率为代价的,这种改进的结果是低频乏力,音场缩小,中高频通透感
差。我们通过努力,在不改变原指标的情况下,实现了变压器的线性放大,克服了电压畸变对
放大器的影响.我们设计生产的环型变压器线性范围达260V以上,变压器自身振动可闻噪音已
经减小到了10cm以内”。
    通过实际试用,声达“线形牛”的声音的确有别于其他产品,首先是中频的厚度增加
了,而高频段的表现更加出色,变的更加幼细顺滑、具有良好的延伸感。更令人满意的是其
在污染严重的电源环境中的噪音明显低于一些国产大厂的名牌产品。该“线形牛”被定型使
用在了笔者设计开发的LDH 100W全平衡旗舰功放中。在一些国内的名牌功放中也有采用。并
有一定数量的出口外销。
   二是河北定州飞达电子厂的“左氏牛”(图六)。爱好胆机制作的发烧友大多对其是不
陌生的。特别是“左师傅”在胆机输出变压器方面的造诣,在港台以及日本很多胆机发烧友
中间小有名气。“左氏牛”的“秘籍”就是自家设计与众不同的绕制方式。这种绕制方式当
然是针对一些校声因素的了。“左氏牛”的声音特点是平衡稳重、力道足,相对比较温暖的
声底,中频富有质感、密度感。再加上厂家刻意的重料发烧级制作,对于喜欢这种风格的发
烧友来说值得一试。
       从“音响专用”这个概念上讲,这两个厂家产品的设计理念,与国内正规大厂的经
典产品是有着不同点的。对于DIY爱好者来说抱着平常心态去认识和了解这两个品牌,也许
是会有所帮助的吧





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